Современные застройщики стремятся к использованию современных подходов и технологий при реализации строительных проектов. Одной из таких технологий является BIM (Building Information Model/Modeling/Management). BIM позволяет использовать предиктивную аналитику для опережающего принятия решений, поэтому выступает необходимостью в современных условиях строительной отрасли. Однако переход на цифровые технологии – это серьезный шаг для строительного предприятия. Внедрение BIM требует решения экономических, социальных и технологических проблем. В ряде научных исследований выделяются следующие барьеры внедрения BIM [1–4]:
1) высокие затраты на приобретение программного обеспечения и оборудования для информационного моделирования;
2) потребность в комплексном обучении сотрудников навыкам работы в информационной модели, недостаточная осведомленность;
3) подверженность программ сбоям и внутренним ошибкам;
4) преодоление сопротивления работников внедрению инноваций;
5) не универсальная система обозначения инженерных систем или технологического оборудования.
Проблема № 1 является главной трудностью внедрения BIM. Данной проблемы невозможно избежать. Требуются расчеты и факты, подтверждающие эффективность использования BIM-технологий.
Объектом данного исследования является проблема № 2. Внедряя новые технологии, руководство должно обучить сотрудников новым навыкам, иначе использование информационного моделирования будет безуспешно.
Актуальность решения проблемы в недостаточной осведомленности сотрудников в управлении жизненным циклом (ЖЦП) с применением BIM-технологий обусловлена практикой применения BIM-технологий в строительстве. Из отчета по уровню применения BIM застройщиками РФ при строительстве объектов жилого назначения следует, что использование BIM снижается со стадии инициативы и проектирования к стадии строительства и эксплуатации. Данное явление объясняется трудностью передачи данных на следующие этапы жизненного цикла и зависит от уровня развития BIM в компании.
Реальная ситуация применения BIM на стадиях жизненного цикла объекта капитального строительства представлена на рис. 1.
При этом большинство российских застройщиков используют BIM на уровне 3D (рис. 2).
Всего выделяют четыре уровня BIM [6–8]:
– Первый уровень зрелости (3D). Появляется 3D-модель, которая содержит проектную документацию, инженерный анализ, трехмерную визуализацию, проверку содержимого, обнаружение столкновений, пространственную координацию и планирование логистики на объекте.
– Второй уровень зрелости (3D+4D). 4D предполагает привязку модели к времени и визуализацию графика. С помощью данного изменения можно посмотреть последовательность строительства и отслеживать производство. Достигается поэтапная координация и планирование логистики.
– Третий уровень зрелости (3D+4D+5D). 5D представляет модель с привязкой к затратам. Благодаря детализации информационной модели можно извлекать точное количество необходимых материалов, прогнозировать затраты и управлять заказами. Наличие 5D способствует рациональному использованию затрат посредством анализа движения денежных средств и анализа заработанной платы.
– Четвертый уровень зрелости (3D+4D+ 5D+6D). Следующее измерение – это 6D (управление эксплуатацией здания). В информационной модели 6D появляется возможность управлять активами, пространством и объектами. Информационная модель интегрирована с системой управления зданием.
Рис. 1. Уровень применения BIM на стадиях жизненного цикла объекта капитального строительства [5]
Рис. 2. Уровень развития BIM у российских застройщиков [5]
Из анализа практики применения BIM-технологий в строительстве можно сделать вывод о том, что российские застройщики не используют потенциал BIM полностью. Данные технологии применяются в большинстве случаев только на стадии проектирования.
Стоит отметить, что использование BIM от стадии принятия решений и до стадии эксплуатации может дать более качественный результат по сравнению с применением только на проектировании. Благодаря BIM повышается точность оценки стоимости проекта, т.е. снижается погрешность в определении стоимости здания или сооружения. При строительстве и эксплуатации возможно обеспечить своевременный учет всех возникающих и прогнозируемых отклонений, проактивное принятие эффективных решений и эффективную координацию работ. Следовательно, необходимо расширение стадий использования BIM с увеличением уровней зрелости.
Целью данного исследования является моделирование процесса реализации строительного проекта с применением BIM-технологий на стадии проектирования, строительства и эксплуатации для упрощения процесса управления жизненным циклом проекта и повышения осведомленности сотрудников о работе с BIM. Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
− анализ научных публикаций для выявления характеристик структуры ЖЦП BIM-проекта;
− определение роли и цели BIM на каждой стадии в ЖЦП;
− построение блок-схем реализации BIM-проекта для каждой стадии ЖЦП;
− обоснование результатов исследования и практической значимости.
Материалы и методы исследования
Авторы предлагают блок-схемы реализации строительного проекта с применением BIM-технологий, включающие стадию проектирования, строительства и эксплуатации, что позволяет упростить процесс управления жизненным циклом проекта и повысить осведомленность сотрудников о работе с BIM. Подобная визуализация представляется впервые, что обладает признаками научной новизны с точки зрения автоматизации и управления технологическими процессами и производствами.
В работе используются теоретические методы исследования. Анализ научной литературы позволяет охарактеризовать структуру ЖЦП BIM-проекта. Изучение российских и зарубежных публикаций осуществляется для определения роли и цели BIM на каждой стадии ЖЦП. Благодаря этому авторы выявляют основные действия, контроль и мониторинг, входные и выходные данные на каждой стадии реализации проекта. Использование графического редактора позволяет смоделировать блок-схемы реализации строительного проекта с применением BIM.
Характеристики структуры ЖЦП BIM-проекта. С применением BIM-технологий управление жизненным циклом характеризуется эффективным управлением данными, т.е. появляется возможность создания единого хранилища данных на начальной стадии (предпроектной стадии ИСП) [9]. Предполагается наполнение единого хранилища данными по степени продвижения по проекту.
За счет формирования сквозных бизнес-процессов возможно реализовать информационную поддержку жизненного цикла [9]. Следовательно, ЖЦП BIM-проекта характеризуется переходом выходной информации во входную информацию последующих шагов.
Установлены общие требования к выполнению работ всеми участниками инвестиционно-строительного проекта и общие нормативы для постоянного контроля [9]. Речь идет о BIM-стандарте организации, а также о регулярном контроле и мониторинге бизнес-процессов в рамках ЖЦП.
Определение роли BIM в ЖЦП. В.Н. Колчин отмечает, что работа над BIM начинается с создания архитектурной 3D-модели объекта, т.е. с разработки концептуальной BIM-модели. Далее в модель вводятся параметры составляющих элементов объекта. Так, BIM-модель постепенно конкретизируется, проходя этапы проектной документации (ПД) и рабочей документации (РД). Вместе с конкретизацией модели происходит уточнение календарно-сетевого графика проекта (КСГ). Благодаря максимальному содержанию в модели данных об объекте возможно использование модели при эксплуатации объекта при помощи датчиков [10].
В исследовании О.В. Маковецкой-Абрамовой выделяется перечень задач, которые решает BIM на стадиях сопровождения проектов. К ним относится подготовка проектного предложения, т.е. та же концептуальная BIM-модель. Получение высококачественной проектной документации достигается благодаря проверке на коллизии и корректировке проектной модели. На стадии строительства BIM-моделью пользуются подрядные организации и осуществляется финансово-технический надзор. Проверка на коллизии описана как управление и контроль построения объекта на всех этапах строительства [11].
Из исследования BIM как инструмента бережливого производства авторы выделили следующие характерные черты BIM на стадии проектирования и строительства:
– BIM обеспечивает создание правильной проектной модели, в которой содержится точная информация и размеры объекта. Происходит проверка и оценка технических решений;
– совместное использование и обмен информацией с применением BIM-модели (на стадии строительства);
– оперативное обнаружение конфликтов и ошибок. Достигается благодаря проверке BIM-модели на коллизии на каждом этапе (ПД, РД, строительство, эксплуатация) [12].
Цинджуана Лю и Цзялин Цао описывают роль BIM на каждой стадии ЖЦП. На предпроектной стадии возможно выразить цели проекта с помощью информационных данных BIM и концентрированной информации (концептуальная модель). На стадии проектирования возможно оперативное получение проектных требований, условий и компонентов, в том числе результатов инженерных изысканий. На стадии строительства осуществляется эффективное управление и динамический контроль проектных изменений благодаря BIM. Отмечается, что следует связать модель здания со временем и стоимостью (3D+4D+5D) для возможности определения схемы строительства до строительства объекта. На стадии эксплуатации объекта существует возможность установить напоминания о техническом обслуживании оборудования, регулярном обслуживании и автоматической замене для контроля потенциальных угроз безопасности [13].
В дополнение к функциям BIM на стадии эксплуатации добавим:
– Представление возникающих проблем на информационной модели для рационального обслуживания или ремонта.
– Учет используемого оборудования.
– Обеспечение управления отношениями с коммерческими арендаторами.
– Поддержка взаимодействия с сервисными подрядчиками.
– Проверка выполнения административных, технических и инфраструктурных задач.
– Получение детальной информации об инженерных системах и конструктивных элементах здания в наглядном виде [14].
Цели BIM на каждой стадии ЖЦП. Основной целью BIM на стадии предпроектной и проектной подготовки является определение подробного концептуального проекта и получение высококачественной проектной документации. Уточняется финансовая модель проекта и разрабатывается укрупненный КСГ и смета.
На стадии строительства целью BIM является управление и контроль построения объекта на всех этапах строительного производства. Осуществляется периодический контроль и мониторинг выполнения строительных работ. При этом налаживается коммуникация между застройщиком, генеральным подрядчиком и субподрядчиками.
На стадии эксплуатации BIM является инструментом оперативного ведения документации и всего эксплуатационного процесса. Спектр функций BIM на данной стадии обширный, но успешное применение технологий требует соответствующих знаний.
Результаты исследования и их обсуждение
На рис. 3–5 представлена реализация BIM-проекта по этапам: предпроектная подготовка строительства, проектная подготовка строительства (ПД и РД), строительство и эксплуатация. Схемы составлены авторами на основе выявленных характеристик структуры ЖЦП BIM-проекта, определением роли BIM в ЖЦП проекта, целей BIM на каждой стадии ЖЦП и источника [15], зеленым цветом выделены авторские вставки.
Схемы вертикально разделены на стадии реализации проекта, а горизонтально – на входные и выходные данные и непосредственный процесс. Входные данные являются выходными данными предыдущей стадии с добавлением необходимой информации.
На каждой стадии осуществляется контроль и мониторинг реализации проекта с целью своевременного выявления коллизий и принятия решений по их предотвращению (желтый ромб с вопросом «Есть коллизии?» на рис. 3–5). Выполняется определенная задача в рамках стадии, проверяется на коллизии, и при успешном выполнении данной задачи команда переходит к следующей стадии.
На практике визуализация реализации BIM-проекта может использоваться как инструкция реализации BIM-проекта, описание бизнес-процессов и инструмент обучения сотрудников. Это повлечет за собой расширение стадий ЖЦП использования BIM с увеличением уровней зрелости, что поспособствует росту уровня развития BIM у российских застройщиков.
Рис. 3. Реализация BIM-проекта (предпроектная и проектная подготовка строительства (ПД))
Рис. 4. Реализация BIM-проекта (проектная подготовка (РД) и строительство)
Рис. 5. Реализация BIM-проекта (ввод в эксплуатацию и эксплуатация)
Заключение
Барьеры внедрения BIM-технологий на строительном предприятии разнообразны. В данном исследовании решается проблема с недостаточной осведомленностью сотрудников в управлении жизненным циклом BIM-проекта. Необходимость решения данной проблемы объясняется низким уровнем развития BIM у российских застройщиков, который выявляется на основе анализа практик применения BIM.
Перед моделированием реализации BIM-проекта проводится анализ научных публикаций для выявления характеристик структуры ЖЦП BIM-проекта, определения роли и цели BIM на каждой стадии ЖЦП.
В исследовании предложены блок-схемы реализации строительного проекта с применением BIM-технологий, включающие стадии проектирования, строительства и эксплуатации, отличающиеся моделированием на основе результатов анализа научной литературы, что позволяет использовать схемы как инструкцию для упрощения процесса управления жизненным циклом проекта и повышения осведомленности сотрудников о работе с BIM.